CN110143903B - 一种从虾壳中提取有用物质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从虾壳中提取有用物质的方法，将虾壳破碎后与水混合，然后加热至28‑35℃后，调节PH值至6.8‑7.5，优选为6.8‑7，再加入碱性蛋白酶混合，升温至42‑48℃，恒温酶解50‑70min后，过筛，获得酶解液和固体残余物；对酶解液进行离心分离处理，获得含有虾青素的虾蛋白沉积物；将虾蛋白沉积物与水混合，边搅拌边加热，并调节PH值至6.8‑7.0，加热至58‑60℃后，加入植物油，在搅拌状态下，乳化50‑70min，获得乳化液；对乳化液进行离心，分层，在上层获得含有虾青素的油，在中层获得水，在下层获得虾蛋白。本发明方法是以虾加工后的废弃生物质为原料，可同时提取四种高值化物质，既提高了原料利用率又缩短了生产周期，并且不添加有机溶剂，清洁绿色环保。

Description

一种从虾壳中提取有用物质的方法
技术领域
本发明涉及从一种虾壳中提取有用物质的方法，尤其涉及利用生物酶法从虾壳中提取虾青素、虾蛋白壳聚糖、柠檬酸钙等有用物质的方法。
背景技术
虾青素的化学名称为3.3’—二羟基—4.4’—二酮基—B，B--胡萝卜素，色素Aj067-69，CAS NO：472-62-7，分子式为C40H52O4，分子量：596.86。纯虾青素是暗红棕色，熔点224℃，不溶于水，能熔于大多数有机溶剂。是一种红色素，可以赋予观赏鱼、三文鱼、虾和火烈鸟粉红的颜色。虾青素具有超强的抗氧化能力，同时具有抗肿瘤、抗衰老、增强机体免疫、预防心脑血管疾病的功能。故此，虾青素在功能食品、医药、化妆品以及家禽和水产饲料等行业中有着非常广泛的应用，市场潜力巨大。 目前虽然提取虾青素的方法很多，但技术上还是存在某些不足。天然虾青素常存在于某些动物、藻类及微生物体内，其生产可分为从动物及其副产品中提取，或从藻类中提取和釆用微生物发酵。目前，用于虾青素提取的主要有五种方法：碱提法、油溶法、有机溶剂法、超临界C02流体萃取法以及生物酶法。 碱提法：碱提法主要是应用碱液脱蛋白的原理，甲壳加工下脚料中的虾青素大多与蛋白质结合，以色素结合蛋白的形式存在，当用热碱液煮下脚料时，其中的蛋白质溶出，而与蛋白质结合的虾青素也随之溶出，从而达到提取虾青素的目的。如申请号为：CN02122565.6. 一种用鲜虾壳生产甲壳素、虾青素和蛋白质的方法中，在提取过程中，需要消耗大量酸碱，处理虾壳时，加工废水的污染很难解决，造成环境污染。
油溶法：虾青素具有很好的脂溶性，油溶法正是利用这一特性进行的。但是，在油溶法中，由于各类不同的油中所含不饱脂肪酸的不同，其脂溶效果也有差异。因酸碱度影响，遇水后皂化等因素，均可影响虾青素的提取，所以最好用食用油，如大豆油，红花油。且提取后含色素的油脂浓缩困难，很难获得高浓度的虾青素产品，使应用范围受限。
有机溶剂法：有机溶剂是一种提取虾青素的有效试剂，通常提取后可将溶剂蒸发，从而将虾青素浓缩，得到浓度较大的虾青素油。同时，将溶剂回收循环利用。常见的溶剂有丙酮、乙醇、乙醚、氯防、正乙烷等，有机溶剂法提取主要釆用浸提和回流提取方法，但不同提取剂提取的虾青素成分差异较大，象丙酮、乙醇、乙醚在加工过程中存在安全与健康问题，规模化生产难已实施。
超临界CO2萃取法：该技术是近年来发展起来的高新技术，由于提取的产品具有纯度高、溶剂残留少、无毒副作用等优点，越来越受人们的重视。但由于设备前期投资大，生产技术要求高，目前用于大规模工业生产尚也存在一定困难。
生物酶提取法：如EN108559765 α一种生物酶法，从小龙虾壳中提取N-乙酰氨基葡萄糖与虾青素的方法，要用供试液培养种子液，种子液移至发酵培养基中发酵，方获得粗纯酶液。加酶液后，还要加有机溶剂，此方法并非全生物酶解，仍用了有机溶剂，粗纯酶液，可能起到催化作用，还要用树脂吸附洗脱，醇洗等程序，工艺复杂，且使用有机溶剂存在安全与健康的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种从虾壳中提取有用物质的方法，以通过一个工艺流程提取虾壳中的虾青素、虾蛋白等多种有用物质。该方法操作简单，绿色环保，无污染，设备要求不高，原料充足且能完全利用，可同时提取四种物质，生产周期短，产品质量高。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种从虾壳中提取有用物质的方法，包括如下步骤：
S1、将虾壳破碎，获得碎块；
S2、将S1获得的碎块与水按质量比（1-2）:（1-2）混合，获得混合物料；
S3、将S2获得的混合物料加热至28-35℃（优选为30℃）后，调节PH值至6.8-7.5，优选为6.8-7，再加入碱性蛋白酶混合，升温至42-48℃，恒温酶解50-70min（优选为60min）后，过筛，获得酶解液和固体残余物；
其中，碱性蛋白酶与混合物料的质量比为1:800-1200，优选为1:1000；酶解过程中，以45-60转/分钟的速率不断搅拌；
S4、对S3中获得的酶解液进行离心分离处理，获得含有虾青素的虾蛋白沉积物；
S5、将S4中获得的含有虾青素的虾蛋白沉积物与植物油按100：（5-9）的质量比混合，边搅拌边加热，加热至57-60℃后，加入水，在搅拌状态下，乳化50-70min，优选为55-65min，获得乳化液；
其中，水与虾蛋白沉积物的质量比为（1.2-1.8）：1；所述虾蛋白沉积物与植物油的混合物和所加入的水的温度差不超过1℃；
S6、对S5中的乳化液进行离心，分层，在上层获得含有虾青素的油，在中层获得水，在下层获得虾蛋白。
可选地，所述虾壳可以为淡水虾、海虾的壳，如龙虾、磷虾等等。
进一步地，S1中，碎块的大小为4-9cm2。
进一步地，S3中，过筛过程通过80目振动筛进行。
可选地，所述碱性蛋白酶是一种针对动物蛋白的专用复合酶制剂。酶活力200万U/g，其主要由蛋白内切酶、外切酶和风味酶等组成。通过内切酶从中间切断蛋白质内部的肽链和外切酶从多肽链的末端切断释放出氨基酸，而风味酶对水解的苦味与风味起着优化作用，而广泛用于动物蛋白的水解。
进一步地，S4中，离心分离处理时，离心速率为4000-5000r/min，一般为4200-4800r/min，优选为4500r/min，离心时间为10-14min，优选为12min。
进一步地，S5中，以冰乙酸或HCl调节PH值。
可选地，S5中，植物油与虾蛋白沉积物的质量比优选为7:100。
可选地，纯化时，将含有虾青素的虾蛋白沉积物置于消化罐中，加入植物油，搅拌，升温至58℃，按1：1的质量比加纯净水，乳化；其中，虾蛋白沉积物、植物油的混合物的温度与加入的水的温度相差不超过1℃，过高、过低均会皂化，皂化后溶于油酯中的虾青素则无法分离出来。
进一步地，所述植物油可为大豆油、红花籽油、玉米油、茶油中的一种或几种。
进一步地，S6中，离心处理时，离心速率为5500-6500r/min，离心时间为10-14min
进一步地，可对S6获得的虾蛋白用纯水洗脱后，离心，喷雾干燥，获得虾蛋白干粉。
可选地，对含有虾青素的油进行进一步脱脂干燥处理，获得虾青素。
进一步地，还包括从S3中获得的固体残余物中提取有用物质的步骤，包括：
S3.1、对所述固体残余物进行脱色处理，然后将脱色处理后的固体残余物与水按1:1.2-1.8的质量比混合，再用柠檬酸调节PH值至2.5-3.5，控制温度为50-60℃，以45-55r/min的转速搅拌8-10h后，固液分离，获得含钙液体和脱钙固体残余物；
S3.2、对S3.1获得的含钙液体进行浓缩，喷雾干燥，获得柠檬酸钙粉末；
将S3.1获得的脱钙固体残余物与水按1-2:1-2的质量比混合，加入NaOH，调节PH值至13-14，然后升温至42-48℃，恒温搅拌10-12h，再进行固液分离，获得固体物质；通过该步骤可脱除脱钙残余物中的乙酰类物质。
S3.3、将S3.2获得的固体物质用胶体磨磨成胶体液，然后将胶体液与水按1:1.5-2.5的质量比混合，再调节PH值至3.0-3.2，加热至45-55℃后，恒温搅拌6-10h，然后固液分离，对固液分离获得的液体组分进行浓缩、喷雾干燥，获得水溶性壳聚糖，对固液分离获得的固体组分进行干燥、研磨，获得非水溶性壳聚糖。
进一步地，S3.1中，脱色处理时，将所述固体残余物与水按1:1.2-1.8的质量比混合，加热至42-48℃，然后加入双氧水，搅拌2-4h，固液分离，获得脱色后的固体残余物。
本发明人发现，在S5中添加水时，植物油、虾蛋白沉积物混合物与水的温差不能超过1℃，如温差过大，则令混沌固化的溶液、油、虾青素、蛋白质不能分离。植物油加入水中并不发生溶解现象，经震荡后的极微小液滴均匀的分散在互不相溶的水中，呈现的是液与液界面现象，可利用含在蛋白中的虾青素可溶于油，而不溶于水的特性，将其虾蛋白分离，油水因密度大小不同而分层，密度小的油在上层，密度大的水则在油的下层，虾蛋白沉淀于底层。
本发明方法是以虾加工后的废弃生物质为原料，可同时提取四种高值化物质，既提高了原料利用率又缩短了生产周期，并且不添加有机溶剂，清洁绿色环保。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明的方法提取步骤简单，所需成本低，提取率高。 2、釆用本发明的方法提取虾青素，提取率高达85%以上，且质量好，稳定性高。 3、本发明的方法，绿色环保，无酸碱和有机溶剂污染，可用于大规模化连续生产。
4、本发明的方法为治理虾加工下脚料提供一种新的途径，也为虾青素和虾蛋白的提取提供丰富的原料。本发明方法是以废弃的物质为原料，可同时提取多种物质。
具体实施方式
实施例1:一种生物酶法从小龙虾壳中提取虾青素与虾蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤1、小龙虾。虾壳（含虾头、虾尾）预处理，将100kg冷冻的小龙虾虾壳用绞肉机将其绞碎成20-50mm碎块。 步骤2、将绞碎的虾壳碎块按1:1的水，置于反应罐中，升温至30-40℃，PH值7.0，加入生物碱性酶粉1000:1.恒温45℃搅拌，转速45-60转/分钟，消化60分钟，得100kg酶解液。 步骤3、将得到的100kg酶解液离心得到富含虾青素的虾蛋白浆泥17.4kg步骤4、将富含虾青素的17.4kg虾蛋白浆泥再置于消化罐中，加入植物油7kg，加热至58℃，按6:4的质量比加入温度为58.5℃的纯水，搅拌60分钟，再离心得下层固物虾蛋白12.6kg上层含虾青素6.1%的虾青素油550g脱脂干燥得99%高纯虾青素33550mg。
可选地，可对酶解后，获得的固体残余物置于消化罐脱色，按1000g：13ml加入双氧水搅拌3h，脱色完成后，置于消化罐中脱钙用柠檬酸调PH值至3.0-3.2，搅拌恒温至50℃消化10h，固液分离，获得含钙液体和脱钙固体残余物。
过滤固分：对含钙液体进行离心干燥得柠檬酸钙，将脱钙固体残余物再置入消化罐中脱乙酰，用NaOH调PH值至13.5，消化12h，过滤固分（滤液回收利用）将脱乙酰的固物过胶体磨后，将获得的胶体液置于消化罐内溶解，用冰乙酸调PH值3.0，溶解8h，最后用NaOH调PH值至6.8，再过滤，对获得的液体浓缩，干燥，得水溶性壳聚糖27000mg，对获得的固体物质干燥磨粉，则得非水溶性壳聚糖34000mg。
实施例2：一种生物酶法从海虾壳中提取虾青素与虾蛋白的方法，包括以上以下步骤：
步骤1、将冷冻的海虾壳（含虾头、虾尾）绞碎成20-50mm碎块。
步骤2、将的绞碎的虾壳碎块按1：1的水，置于反应罐中，升温至30℃至40℃，PH值6.8-7.0。加入生物酶碱性酶粉1000:1，恒温45%，搅拌速度50转/分钟，消化90分钟，获得100kg酶解液。
步骤3、将得到的100kg酶解液离心得到富含虾青素的虾蛋白浆泥16.5kg。
步骤4、将富含虾青素的16.5kg虾蛋白浆泥再置于消化罐中，加入植物油7kg，搅拌，加热至55℃，按6:4的质量比加入温度为56℃的纯水，恒温搅拌60分钟，离心得下层固物虾蛋白9.7kg 暗红色的虾青素油状液体420g，脱脂干燥得99%纯度的虾青素25620mg。
可选地，可对酶解后，获得的固体残余物置于消化罐脱色，按1000g：13ml加入双氧水搅拌3h，脱色完成后，置于消化罐中脱钙用柠檬酸调PH值至3.0-3.2，搅拌恒温至50℃消化10h，固液分离，获得含钙液体和脱钙固体残余物。
过滤固分：对含钙液体进行离心干燥得柠檬酸钙，将脱钙固体残余物再置入消化罐中脱乙酰，用NaOH调PH值至13.5，消化12h，过滤固分（滤液回收利用）将脱乙酰的固物过胶体磨后，将获得的胶体液置于消化罐内溶解，用冰乙酸调PH值3.0，溶解8h，最后用NaOH调PH值至6.8，再过滤，对获得的液体浓缩，干燥，得水溶性壳聚糖20150mg，对获得的固体物质干燥磨粉，则得非水溶性壳聚糖18460mg。
申请人重复实施例1、2，仅改变步骤4中纯水加入时的温度，当纯水的初始温度与虾蛋白浆泥、油混合物的温度差大于1℃时，会出现皂化现象，后续处理中，难以分离获得虾青素。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的实质而做的等效变换式修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种从虾壳中提取有用物质的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将虾壳破碎，获得碎块；
S2、将S1获得的碎块与水按质量比（1-2）:（1-2）混合，获得混合物料；
S3、将S2获得的混合物料加热至28-35℃后，调节PH值至6.8-7.5后，加入碱性蛋白酶，混合，升温至42-48℃，恒温酶解50-70min后，过筛，获得酶解液和固体残余物；
其中，碱性蛋白酶与混合物料的质量比为1:800-1000；酶解过程中，以45-60转/分钟的速率不断搅拌；
S4、对S3中获得的酶解液进行离心分离处理，获得含有虾青素的虾蛋白沉积物；
S5、将S4中获得的含有虾青素的虾蛋白沉积物与植物油按100：（5-9）的质量比混合，边搅拌边加热，加热至57-60℃后，加入水，在搅拌状态下，乳化55-65min，获得乳化液；
其中，水与虾蛋白沉积物的质量比为（1.2-1.8）：1；所述虾蛋白沉积物与植物油的混合物和所加入的水的温度差不超过1℃；
S6、对S5中的乳化液进行离心，分层，在上层获得含有虾青素的油，在中层获得水，在下层获得虾蛋白；
其中，S6中，离心处理时，离心速率为5500-6500r/min，离心时间为10-14min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中，碎块的大小为4-9cm2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中，过筛过程通过80目振动筛进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4中，离心分离处理时，离心速率为4000-5000r/min，离心时间为10-14min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S5中，以冰乙酸或盐酸调节PH值。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，还包括从S3中获得的固体残余物中提取有用物质的步骤，包括：
S3.1、对所述固体残余物进行脱色处理，然后将脱色处理后的固体残余物与水按1:1.2-1.8的质量比混合，再用柠檬酸调节PH值至2.5-3.5，控制温度为50-60℃，以45-55r/min的转速搅拌8-10h后，固液分离，获得含钙液体和脱钙固体残余物；
S3.2、对S3.1获得的含钙液体进行浓缩，喷雾干燥，获得柠檬酸钙粉末；
将S3.1获得的脱钙固体残余物与水按1-2:1-2的质量比混合，加入NaOH，调节PH值至13-14，然后升温至42-48℃，恒温搅拌10-12h，再进行固液分离，获得固体物质；
S3.3、将S3.2获得的固体物质用胶体磨磨成胶体液，然后将胶体液与水按1:1.5-2.5的质量比混合，再调节PH值至3.0-3.2，加热至45-55℃后，恒温搅拌6-10h，然后固液分离，对固液分离获得的液体组分进行浓缩、喷雾干燥，获得水溶性壳聚糖，对固液分离获得的固体组分进行干燥、研磨，获得非水溶性壳聚糖。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，S3.1中，脱色处理时，将所述固体残余物与水按1:1.2-1.8的质量比混合，加热至42-48℃，然后加入双氧水，搅拌2-4h，固液分离，获得脱色后的固体残余物。
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